儲(chǔ)能電池系統(tǒng)熱失控安全監(jiān)測(cè)傳感器解決方案

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是“主戰(zhàn)場(chǎng)”，電池儲(chǔ)能是一種實(shí)現(xiàn)綠低碳最為行之有效的辦法，電池儲(chǔ)能市場(chǎng)也迎來了新的拐點(diǎn)。自儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展被提上日程以來，儲(chǔ)能電池市場(chǎng)呈現(xiàn)了指數(shù)型增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，甚至電池儲(chǔ)能市場(chǎng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)量的增加，寧德時(shí)代、中航鋰電、比亞迪等電池企業(yè)也在儲(chǔ)能應(yīng)用板塊持續(xù)加碼，迎接萬億市場(chǎng)的到來。

電池儲(chǔ)能快速增長(zhǎng)，安全問題不容忽視

電池儲(chǔ)能的快速發(fā)展對(duì)于構(gòu)建新型綠色能源，實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)有著積極的推動(dòng)意義。但是安全問題似乎又成為了限制電池儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的一大因素.

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的其他新型的電化學(xué)儲(chǔ)能、物理儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能技術(shù)。截至2021年底，中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)2.4GW，占儲(chǔ)能裝機(jī)總?cè)萘康?2.5%，其中鋰離子電池儲(chǔ)能占新型儲(chǔ)能的89.7%，是當(dāng)前發(fā)展最快速、應(yīng)用最廣泛、相對(duì)成熟的新型儲(chǔ)能技術(shù)路線。然而，鋰離子電池儲(chǔ)能電站火災(zāi)爆炸安全事故時(shí)有發(fā)生，已成為制約電池儲(chǔ)能規(guī)?；l(fā)展的主要障礙。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2011年至2021年，全球儲(chǔ)能安全事故共發(fā)生50余起，其中事故起數(shù)排名前4位的是：韓國(guó)30余起、美國(guó)10余起、中國(guó)4起、澳大利亞3起。2022 年 1-5 月， 全球就已經(jīng)發(fā)生了 17 起以上的儲(chǔ)能著火事故。國(guó)內(nèi)在電池儲(chǔ)能站快速發(fā)展的同時(shí)，由于 電池、PCS 質(zhì)量問題或者系統(tǒng)集成商施工能力良莠不齊，電池儲(chǔ)能火災(zāi)隱患較為嚴(yán)重， 起火事故頻繁。鋰離子電池儲(chǔ)能安全問題是世界性難題，也成為建設(shè)新型電力系統(tǒng)安全難題。

通過對(duì)儲(chǔ)能事故分析發(fā)現(xiàn)，造成事故的主要因素有以下幾點(diǎn)：鋰離子電池?zé)崾Э?。?chǔ)能電池單體因質(zhì)量缺陷、機(jī)械損傷、受熱或外部短路等導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)短路，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?，在熱濫用的作用下，整個(gè)電池模組和電池簇被點(diǎn)燃甚至發(fā)生爆炸。

什么是電池?zé)崾Э兀?/p>

電化學(xué)電池以不可控制的方式通過自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。

什么是熱失控?cái)U(kuò)散？

熱失控電池產(chǎn)生的熱量高于它可以消散的熱量時(shí)，熱量進(jìn)一步積累，可能導(dǎo)致火災(zāi)，爆炸和氣體釋放。如果電池系統(tǒng)中，由于一個(gè)電芯產(chǎn)生熱失控而引發(fā)其他電芯熱失控，即為熱失控?cái)U(kuò)散。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36276—2018中給出的熱失控?cái)U(kuò)散定義如表2所示。

熱失控的引發(fā)原因？

熱失控現(xiàn)象的產(chǎn)生原因可以分為兩類：內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要指在電池設(shè)計(jì)及制造過程中產(chǎn)生的原因；外因主要指在電池運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行維護(hù)過程中由于人員、外部條件等導(dǎo)致的原因。分類概括如下▼

鋰電池熱失控反應(yīng)特征非常劇烈-失控難控制

熱失控預(yù)警：儲(chǔ)能電池多維度安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)受到國(guó)家層面高度重視！

針對(duì)熱失控預(yù)警技術(shù)

，2022年08月29，工信部公開征求對(duì)《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》的意見（以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)意見》）給出了指導(dǎo)意見。

電池系統(tǒng)集成、檢測(cè)評(píng)價(jià)和回收利用中指導(dǎo)意見：

加強(qiáng)儲(chǔ)能電池多維度安全測(cè)試技術(shù)、熱失控安全預(yù)警技術(shù)和評(píng)價(jià)體系的開發(fā)與應(yīng)用，突破電池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技術(shù)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)智能預(yù)警安防中指導(dǎo)意見：

開發(fā)基于聲、熱、力、電、氣多物理8參數(shù)的智能安全預(yù)警技術(shù)，以及高效、清潔的消防技術(shù)。

電池儲(chǔ)能安全該如何化解？

電池?zé)崾Э厥侵鸽姵爻掷m(xù)放熱的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池組溫度急劇上升，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒事故的過程。熱失控有三個(gè)過程，誘發(fā)、發(fā)生到蔓延，其中引發(fā)熱失控的主要原因是過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等因素。

在鋰離電池?zé)崾Э卦缙?，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識(shí)別參數(shù)的變化非常緩慢，通過現(xiàn)代 BMS 無法及早地監(jiān)測(cè)到電池故障，而此時(shí)電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的氣體物質(zhì)，因此，利用氣體檢測(cè)傳感器來實(shí)現(xiàn)鋰離子電池?zé)崾Э卦缙陬A(yù)警是最有效的辦法。

從餅圖中可看出，電池在熱失控過程中產(chǎn)生這些主要?dú)怏w的組分構(gòu)成非常類似，如圖所示 氣體成分主要為二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分氣體主要為小分子烴類物質(zhì)(CH4、C2H4等)。

我們可以從動(dòng)力鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的大量氣體入手，鋰離子電池?zé)崾Э氐臅r(shí)候，電池內(nèi)部會(huì)有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測(cè)一氧化碳的濃度來判斷電池?zé)崾Э亍Ｔ谶@里工采網(wǎng)給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器（CO傳感器）TGS5141：

TGS5141-P00

紐扣式一氧化碳傳感器TGS5141，該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于電池?zé)崾Э貦z測(cè)。

CO傳感器TGS5141是可電池驅(qū)動(dòng)的電化學(xué)式傳感器，使用一個(gè)特殊的電極取代了儲(chǔ)水器，由于去除了TGS5042中使用的儲(chǔ)水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產(chǎn)品，對(duì)CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設(shè)計(jì)方便，自帶出廠預(yù)標(biāo)定靈敏度系數(shù)，方便用戶使用與性能追溯，壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。

審核編輯黃宇